69026

Модулированные сигналы. Сигналы с импульсной модуляцией

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сигналы с импульсной модуляцией. В основу формирования всех видов импульсной модуляции положена теорема В. При импульсной модуляции переносчиком выступает периодическая последовательность видеоимпульсов с периодом следования Т и длительностью.

Русский

2014-09-28

152 KB

8 чел.

Лекция 3.3

Тема 3. Модулированные сигналы.

Занятие 3.Сигналы с импульсной модуляцией.

  1.  Общие сведения о сигналах.

Временное представление сигналов с ИМ.     Разновидности сигналов с ИМ.

Спектральные характеристики сигналов с ИМ.

Сравнительные характеристики сигналов с ИМ.

Учебные вопросы

Общие сведения о СИМ.

В основу формирования всех видов импульсной модуляции положена теорема В. А. Котельникова о возможности точного восстановления непрерывного сигнала ( с финитным спектром) по его дискретным отсчетам. Интервал между отсчетами одного сигнала заполняется отсчетами другого сигнала (временное уплотнение).

При импульсной модуляции переносчиком выступает периодическая последовательность видеоимпульсов с периодом следования Т и длительностью . Модулирующим сигналом может быть любой первичный сигнал вида

Если верхней частотой модулирующего сигнала  является F=Fмакс, то период следования импульсов переносчика                                                      (3.3.1)

При этом период Т по физическому смыслу совпадает с интервалом дискретизации по Котельникову, введенном на лекции 2.11.

Каждому n- ому импульсу переносчика должно быть присвоено значение информационного признака модулирующего по правилу:

где:-значение отсчета информационного параметра для n-ого импульса

           -значение отсчета модулирующего сигнала в момент t=nT

           -коэффициент пропорциональности между значением отсчета модулирующего сигнала и значением отсчета информационного параметра.

Между видами импульсной модуляции и выбором информационного параметра существует зависимость:

Информационный параметр( параметр импульса)

Вид импульсной модуляции

Амплитуда

АИМ

Длительность

ШИМ( ДИМ)

Начальная фаза( относительно тактового отсчета)

ФИМ

Частота следования

ЧИМ

Нельзя забывать, что восстановление значений отсчетов  в результате демодуляции по принятым значениям  еще не обеспечивает восстановление всего сигнала . Для реализации условий теоремы Котельникова принятую восстановленную совокупность отсчетов  необходимо пропустить через ФНЧ с откликом вида sinc(x), т.е. ФНЧ с “почти прямоугольной” ЧХ.

Временное представление сигналов с импульсной модуляцией .

Правила формирования сигналов ИМ иллюстрируются рисунком 3.3.1.

Из рисунка следует : сигналы АИМ различаются только амплитудой  (3.3.3.) , частота следования тактовой последовательности (переносчика), длительность импульсов неизменны.

Сигналы ШИМ постоянны по амплитуде, но при постоянной частоте импульсной последовательности меняется длительность импульса пропорционально значению  :  (3.3.4.)

При ФИМ постоянно средняя частота импульсной последовательности                          ,, меняется временное положение импульса относительно тактового отсчета: ), =,     ( 3.3.5)

где F- тактовая частота.

При ЧИМ (U ) изменяется количество импульсов последовательности, генерируемых в единицу времени( мгновенная частота):

( 3.3.6)

, где   - изменение значения   между  n-м и (n+1)-м отсчётами,

- изменение длительности промежутка между началами n-го и (n+1)-го импульсов.

Изображение на рис.3.3.1. модулированные сигналы являются видеопоследовательностями. Очень часто для передачи по линии связи используются последовательности радиоимпульсов. Для этого видеопоследовательность вторично модулируют. В результате формируются радиопоследовательности  с двойной модуляцией : АИМ-АМ, ФИМ-АМ и т.д. (рис 3.3.2.)

На рис.3.3.2. как разновидность радиосигналов с двойной импульсной модуляцией представлены сигналы высокочастотной ЧИМ (ВЧИМ):

                  (3.3.7.)

где  частота высокочастотного заполнения n-го радиоимпульса, а так же сигналы высокочастотной ФИМ (ВФИМ):

где- начальная фаза высокочастотного колебания с частотой   в n-м радиоимпульсе.

Возможны и другие варианты импульсной однократной и двойной модуляции ( крутизна фронтов, крутизна спада вершины и т.д.)

Спектральные характеристики сигналов с импульсной модуляцией.

Базовой моделью для построения амплитудных спектров сигналов с ИМ является спектр периодической импульсной видеопоследовательности с параметрами  (рис.3.3.3.).

Если такой переносчик подвергнут АИМ непрерывным первичным сигналом  с полосой частот в границах , то изображение спектра имеет вид, представленный на рис.3.3.4.

Данный рисунок ярко иллюстрирует положения теоремы Котельникова о том, что частота последовательности отсчётов непрерывного сигнала. В противном случае нарушаются условия разделения спектров первичного сигнала  в спектре дискретного сигнала.

Таким образом , рис.3.3.4. - это вариант представления теоремы Котельникова в ортогональном базисе Фурье ( до сих пор эта теорема рассматривалась в ортогональном базисе Котельникова - функций вида sinc(x).)

Поскольку границы реального спектра определяются, главным образом, поведением огибающей амплитудного спектра, а вид огибающей связан только с длительностью импульса

A

но можно утверждать, что реальная ширина спектров АИМ, ФИМ,ЧИМ практически совпадают . Можно также показать, что при модуляции случайным сигналом с m эффективная полоса энергетического спектра сигналов ШИМ  практически не отличаются от аналогового показателя других сигналов ИМ. При двойной ИМ спектр смещается в область .

Сравнительные характеристики сигналов с ИМ

Выбор вида модуляции разработчиком всецело определяется совокупностью требований к разрабатываемому изделию. В данном случае речь должна идти о требованиях на физическом уровне.

К числу таких требований обычно относятся:

требуемая помехоустойчивость

спектральная экономичность

энергетическая эффективность

Для сигналов ИМ специфическим является требование по максимальным возможностям временного уплотнения.

В табл. 3.3.1 сведены сравнительные данные по видам ИМ:

Возм. уст..

Помехоустойчивость.

Спектр. Эф.

Энерг. Эф.

Сумма

М

АИМ

1

4x2

1x0.5

1

10.5

2

ШИМ

2

2x2

4x0.5

4

12

3

ФИМ

3

1x2

2x0.5

2

8

1

ЧИМ

4

3x2

3x0.5

3

14.5

4

 

В реальных технических системах предпочтение отдают действительно ФИМ.

   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19287. Физический уровень OSI 176 KB
  Лекция 3 Физический уровень OSI На физическом уровне определяются характеристики электрических сигналов механические свойства кабелей и разъемов. На этом уровне определяется физическая топология сети способ кодирования информации и общей синхронизации битов. Данн...
19288. Технология Ethernet 175.5 KB
  Лекция 4 Технология Ethernet Построение сетей Локальная сеть Ethernet фирмы Xerox считается одной из самых удачных разработок в области ЛВС. Её эксплуатационные характеристики дешевизна и универсальность позволили завоевать ведущие позиции в области рынка сбыта. Метод дост
19289. Интеграционное оборудование 82.5 KB
  Вычислительные системы сети и телекоммуникации Лекция 5 Интеграционное оборудование В качестве средств масштабирования сетей используются такие устройства как повторители мосты коммутаторы маршрутизаторы и шлюзы. Повторители мосты коммутатор...
19290. TCP/IP как основа межсетевых коммуникаций 227 KB
  Лекция 6 TCP/IP как основа межсетевых коммуникаций Структура TCP/IP TCP/IP TCP/IP это обширное семейство протоколов которые могут использоваться в гетерогенных сетях UNIX NetWare Windows NT обеспечивая при этом маршрутизацию. TCP/IP основан на модели открытых систем и состо...
19291. Формирование IP- адресов 681 KB
  Лекция 7 Формирование IP адресов Адреса IP Семейство протоколов TCP/IP используют 32 разрядную схему адресации которая для каждого узла определяет не только его собственный адрес но и адрес сети в которой этот узел находится. Перемещение компьютеров из одной сети в ...
19292. Определение имен узлов DNS 2.69 MB
  Лекция 8 Определение имен узлов DNS Правила именования Каждый узел в Интернет имеет свой собственный уникальный адрес. Эти уникальные адреса дают возможность связываться с любым другим адресом и посылать ему сообщение. Однако человеку обычно трудно запомнить эт...
19293. Протоколы аутентификации 165 KB
  Лекция 9 Протоколы аутентификации Аутентификация пользователя применяется для обеспечения того что в сеть будет допущен только авторизованный пользователь также как и к специальным ресурсам внутри сети. Методы используемые для аутентификации пользователя это
19294. Антивирусная защита 162 KB
  Лекция 10 Антивирусная защита Существует класс программ которые были изначально написаны с целью уничтожения данных на чужом компьютере похищения чужой информации несанкционированного использования чужих ресурсов и т. п. или же приобрели такие свойства вследствие ...
19295. Служба директорий Active Directory 3.58 MB
  Лекция 11 Служба директорий Active Directory Для централизованного управления большими сетями охватывающими несколько миллионов пользователей и компьютеров и быстрого доступа к ресурсам Windows 2003 использует службу каталогов Active Directory. Под каталогом в данном случае понима...